中国每年出货5亿部手机,所用陀螺仪传感器却几乎全部进口-赣州建设局关于保护本地企业

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大家熟知的微信“摇一摇”,背后实现这一功能的是一个叫陀螺仪传感器的芯片。但去年我国出货的5亿部手机所用陀螺仪传感器几乎完全依赖进口。

“花了多年的时间,我们完成了研发,也实现了小批量生产。”陀螺仪设计企业水木智芯科技(北京)有限公司总经理刘雪松告诉《中国电子报》记者,“尽管我国有六七条相关的中试生产线,但是目前没有一家能够帮助我们实现大规模量产。”

手机加速度传感器的自给率仅有10%%

与水木智芯相比,苏州明皜传感科技有限公司的境况要好得多。加速度计和陀螺仪同属于应用在手机中的惯性传感器,该公司从事加速度计的研发和销售,2015年出货量达到5000万颗。按照2015年国产手机出货量5亿部计算,该公司国内市场占有率达到10%%

但是,由于仅有这一家国内加速度计供应商,所以我国手机加速度传感器的自给率也仅有10%%。

“其实我们的制造环节也面临很大的问题,只能靠台积电来代工生产。”该公司董事、副总经理吴文皜向《中国电子报》记者坦言,“即便依托全球最大的集成电路代工厂,一片晶圆的良率从10%%提高到90%%也花了两年,每片晶圆的良率都提高到95%%以上又花了两年,而这样的良率也仅仅能够保证我们不亏本而已。”

实际上,得益于母公司固锝收购美国明锐公司,苏州明皜对于制造工艺的积累甚至可以上溯到2005年。

没有在制造工艺方面的多年积累,水木智芯难以承受海外代工的高额费用。“摆在我们面前的路有两条,一是把器件做得更小,以此降低成本。目前我们的三轴陀螺仪可以做到和世界先进水平的意法半导体同类产品性能相当,而且尺寸还小1/3。”刘雪松说,“但即便这样做也只是勉强具备了出货能力,完全不挣钱。”

水木智芯们的另一条路,就是苦等国内产线工艺成熟。

我国MEMS工艺制程研发相对落后

以上所说的制造工艺即微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System)制造工艺,简称MEMS工艺。该工艺以半导体微细加工技术和超精密机械加工技术为基础,集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源微能源、信号处理和控制电路、接口等于一体。

2010年时陀螺仪在智能手机中的采用率还仅为9%%,如今几乎每部手机都会用到一到两个陀螺仪。目前看来,一部中高端智能手机采用的MEMS传感器已多达十几颗,包括组合惯性导航传感器(陀螺仪、加速度计、磁力计)、压力计、振荡器、CMOS图像传感器、RF元件、硅麦克风、指纹传感器等。

当下的全球消费类惯性传感器市场主要被国际巨头所瓜分。意法半导体和博世抓住了组合惯性传感器这一巨大市场迅速成为MEMS厂商的龙头,目前意法半导体处于消费类惯性传感器的领导地位,占据四成市场份额,博世占据一成份额。

应美盛作为全球前20大MEMS企业中完全以MEMS器件为主的企业,专注于消费电子用MEMS产品,凭借先进的设计及运动感测应用平台占据一成以上的市场份额,而且目前仍然还处于上升势头。旭化成的市场份额和应美盛相当,其余的诸多企业只剩下20%%多的市场空间。

赛迪智库集成电路研究所副所长林雨告诉记者,MEMS产业链和集成电路相似,也分为设计、制造、封测、设备等环节。但由于其具有微机械的结构特征,需要有别于IC的独特加工技术,目前我国虽然已经建成了一些MEMS生产线,但是在工艺制程研发上相对落后,主要瞄准能够大批量生产的低端MEMS产品,难以承担特殊工艺生产。

他说,国内MEMS产业虽然正在快速崛起中,但是与国外先进水平相比仍有不小差距,产业链整体上比较落后。受MEMS工艺、制造技术的制约,整个芯片产业基础薄弱,MEMS产业链上缺乏规模企业,初创型设计企业居多。相比起国际主流企业,国内MEMS企业出货量都比较小,没有积累起大规模市场验证反馈的经验,在可靠性、稳定性等规模生产工艺技术方面差距巨大。

同时,MEMS和IC芯片一样,具有很强的规模效应,国内企业的出货量缺乏,导致整个产业链特别是前端流片等环节加工能力比较薄弱,一致性、生产重复性都不能满足设计的加工要求。因此整个MEMS产业链均处于投入阶段,盈利比较困难。

应注重人才培养和工艺研发

国内的六七条中试线,水木智芯大部分都有过接触。“在理念上和国外企业有差距。”刘雪松告诉记者,“硬件方面很舍得花钱,都是进口的高端设备,动辄几亿元。但在技术、人才方面的投入相对来说就很不够。”

但是传感器的制造,看的不光是设备,更取决于代工企业的加工水平。“一条生产线的投资需要十几亿元,一个晶圆代工厂里要配套几十个设计师,这不是我们设计企业能够负担的。”吴文皜建议,“对于国内各地在建的生产线来说,要把眼光从设备转移到人才培养和工艺研发上,特别是要培养具备晶圆厂管理经验的人才。”

消费电子市场用传感器的最大特点就是总量大、单价低,2016年苏州明皜出货量有望翻倍,有望突破1亿颗。“我们立足国内市场,目标也是在国内上市,迫切需求在我国大陆整合从设计到制造的各个环节,来进一步降低成本。”吴文皜说,“我们希望和国内代工企业通力合作,尽快让我国大陆具备高端传感器的制造能力。”

“如果够快的话,我国大陆产线应该会在一到两年内有所突破。”刘雪松说,“我们会坚持到那个时候。”


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